一种新颖的宽带光纤喇曼放大器优化设计方法

介绍了一种新颖的宽带光纤喇曼放大器的优化设计方法.通过研究多波长后向泵浦光纤喇曼放大器的传输方程, 分两步来确定各泵浦波的频率及输入功率的大小.首先通过模拟煺火算法迭代出满足条件的泵浦波频率,然后利用平均功率分析方法,采用四阶阿当迭代方法计算出各泵浦波输入功率的大小,从而设计出具有较宽平坦增益带宽的光纤喇曼放大器.该算法是一种简单有效的优化方法.     

一种增益平坦的光子晶体拉曼光纤放大器

为解决传统拉曼放大器增益系数低和增益不平坦的问题,采用级联光子晶体光纤的设计方法设计了一种增益平坦的拉曼光纤放大器.采用受激拉曼散射效应的稳态分析理论,分析了光子晶体光纤的拉曼增益谱,建立了拉曼放大器的理论模型.通过解耦合方程,推导了实现增益平坦的约束条件,发现光纤长度和泵浦功率是影响拉曼光纤放大器增益平坦度的两个参数.仿真结果表明,在1 508～1 544 nm的带宽范围内,实现了一个增益高达21 dB,增益平坦度仅为0.14 dB的光子晶体拉曼光纤放大器,可在光纤通信系统应用中发挥重要作用.     

一种增益平坦的光子晶体拉曼光纤放大器（英文）

为解决传统拉曼放大器增益系数低和增益不平坦的问题,采用级联光子晶体光纤的设计方法设计了一种增益平坦的拉曼光纤放大器.采用受激拉曼散射效应的稳态分析理论,分析了光子晶体光纤的拉曼增益谱,建立了拉曼放大器的理论模型.通过解耦合方程,推导了实现增益平坦的约束条件,发现光纤长度和泵浦功率是影响拉曼光纤放大器增益平坦度的两个参数.仿真结果表明,在1 508~1 544nm的带宽范围内,实现了一个增益高达21dB,增益平坦度仅为0.14dB的光子晶体拉曼光纤放大器,可在光纤通信系统应用中发挥重要作用.     

光子晶体光纤非线性光谱特性的理论与实验研究

光子晶体光纤具有特殊的导光机制和结构可调性,可以产生奇异的色散特性及高非线性,为非线性光纤光学领域的研究提供了新的条件。受多种非线性光学效应的共同作用,在不同泵浦光脉冲参数条件下,不同结构参数及传输特性的光子晶体光纤能产生丰富的非线性光谱。利用分步傅里叶方法求解非线性薛定谔方程,模拟飞秒激光脉冲在光子晶体光纤中的传输过程,获得输出光谱与入射光脉冲参数(泵浦光峰值功率P、泵浦光波长λ、光脉冲形状、光脉冲宽度T_FWHM)、光纤结构参数(孔间距Λ、空气填充比d/Λ、光纤长度z)、传输特性(色散、非线性系数)的关系,分析拉曼孤子、色散波、自相位调制等非线性效应产生的光谱特性。利用光子晶体光纤包层节区进行非线性光学实验研究,获得了孤子波和色散波的宽带光谱输出。理论分析与实验测量的光谱中都包括了波长0.5 μm附近可见光波段的蓝移色散波、0.82 μm波段的剩余泵浦光、1.1 μm波段的孤子波、2 μm附近的红移宽带色散波。理论分析与实验测量结果一致,阐明光子晶体光纤中非线性光谱产生的物理原理,实现了对宽带光谱的可控输出,为高非线性光子晶体光纤的结构设计、制备及非线性光谱的应用研究奠定基础。     

光子晶体光纤中的参变放大与拉曼散射

光子晶体光纤(PFC)有着传统光纤无法比拟的优良特性,特别是具有极好的非线性效应和双折射效应;当输入抽运波偏振方向同双折射轴成45°时,通过引入拉曼增益的洛伦兹模型,研究了光子晶体光纤中在参变放大和拉曼散射共同作用下的增益谱特性.结果表明,由于参变放大和拉曼散射的相互作用,输入功率和群速度失配对光子晶体光纤的增益有重要...     

基于空芯光纤中氢气受激拉曼散射的1.7μm光纤激光光源研究

报道了一种基于空芯光子晶体光纤中氢气受激拉曼散射的新型1.7μm光纤激光光源。建立了仅包含泵浦光和一阶斯托克斯光的简单稳态耦合波方程,并进行了仿真计算。采用自制的1550 nm纳秒脉冲光纤放大器,泵浦一段长约3 m、充高压氢气的商用空芯光子晶体光纤,利用氢气分子的转动受激拉曼散射实现了1705 nm斯托克斯波的有效转换。气压为1.2 MPa时,最大平均输出功率约0.5 W(单脉冲能量约为2.5μJ),最大光光转换效率约为32%(相对总的泵浦功率)。研究结果为实现高功率1.7μm波段近红外激光输出提供了一条有效的新途径。     

高非线性光子晶体光纤深紫外超连续谱的研究

光子晶体光纤作为光学非线性良好介质,对超连续谱产生具有重要作用。深紫外超连续谱光源在许多应用中有急切的需求,然而由于实验条件和光纤参数等方面的影响,利用高非线性光子晶体光纤产生深紫外(<280 nm)超连续谱的报道较少。通过理论和实验研究了高非线性光子晶体光纤在深紫外区的频率变换,并分析其产生的物理机理。使用钛宝石飞秒激光器将实验室自制的光子晶体光纤在反常色散区泵浦,研究了不同泵浦功率和泵浦波长对深紫外区超连续谱的影响,结果表明：泵浦波长固定为860 nm时,深紫外频率光谱展宽范围随泵浦功率的增加而逐渐展宽;泵浦功率固定为0.4 W时,泵浦波长的增加不仅展宽超连续谱范围而且极大的提高了深紫外区光谱的转换效率。当泵浦波长为870 nm,泵浦功率为0.4 W,实验所用光子晶体光纤长度为1.45 m,零色散波长为825 nm时,光子与色散波的交叉相位调制使深紫外基模超连续谱扩展到最短波长212 nm。     

基于光子晶体光纤四波混频效应的波长转换研究

研究了光子晶体光纤中的四波混频效应及其波长转换.采用长度为25 m的高非线性色散平坦光子晶体光纤,当泵浦功率为19.8 dBm时,得到100 nm的转换带宽和-20 dB的最大转换效率.实验结果表明,当信号功率低于四波混频阈值时,两路不同波长的信号同时输入产生的四波混频效应互不影响.     

激光泵浦碲化物产生中红外超连续谱数值模拟

对2 m波段脉冲激光泵浦碲化物光子晶体光纤产生中红外超连续谱进行了数值研究。通过材料的拉曼增益谱间接求得了对应的拉曼响应函数;由光子晶体光纤的材料折射率和波导结构,通过COMSOL软件获得了碲化物光子晶体光纤中基模等效折射率,计算了相应的色散曲线和限制损耗 ;利用自适应的分步傅里叶算法,模拟了中心波长为1.96m、峰值功率为20 kW的50 fs脉冲光泵浦碲化物光子晶体光纤时超连续谱的产生,当光纤长度为6 cm时,产生的中红外超连续谱波长范围为1.0~4.5 m。     

占空比对光子晶体光纤激光器性能的影响

 在传统光纤激光器工作原理的基础上,考虑光子晶体光纤(PCF)模场分布特征,给出了连续泵浦情况下单模PCF激光器的速率方程和功率传输方程。利用该方程对掺镱单模PCF激光器的性能进行了数值模拟研究。结果表明：虽然空气占空比大小对PCF激光器的输出功率、泵浦阈值和斜率效率等影响不显著,但对拉曼非线性阈值影响却很大。当泵浦功率小于拉曼非线性阈值时,激光器主要输出信号激光;当超过拉曼阈值且在较宽的范围内,激光器同时输出功率相近的信号激光和拉曼光。基于这种效应,提出一种由泵浦功率控制的双波长光纤激光器的新思路。考虑到PCF非线性系数的可调控特性,采用不同光纤有可能在较宽的功率范围获得双波长激光振荡。     

反向抽运光纤喇曼放大器增益特性分析

将打靶法和龙格库塔法两种数值计算方法相结合，对反向抽运光纤喇曼放大器中信号光和抽运光相互作用的耦合微分方程进行数值求解.在分别选取不同参量且取不同值的条件下，详细分析了光纤长度、初始信号光功率、初始抽运光功率、光纤有效面积、喇曼增益系数及光纤对信号光与抽运光的损耗等参量对增益的影响，最后提出了有效提高增益的方法.     

基于超连续光谱激发的时间分辨相干反斯托克斯拉曼散射方法与实验研究

采用钛宝石飞秒激光器输出的一部分光抽运光子晶体光纤以产生超连续光谱,作为抽运光和斯托克斯光,另一部分飞秒激光作为探测光,并结合时间延迟方法,建立超连续光谱激发时间分辨相干反斯托克斯拉曼散射(CARS)实验系统,测试了具有较宽拉曼光谱的二甲基亚砜样品.实验结果表明,所建立的实验系统能有效抑制非共振背景噪声,并且通过一次测量,即可获得二甲基亚砜在690—3200cm-1范围内的CARS光谱信息,获得的二甲基亚砜CARS光谱范围达到2500cm-1.同时给出了所采用的光子晶体光纤光谱展宽的实验结果.     

Simulation and experimental characterization of Raman/EDFA hybrid amplifier with enhanced performance

We present simulation and experimental characterization of a hybrid amplifier comprising of a Raman amplifier and an erbium doped fiber (EDF) amplifier, with enhanced performance. The incorporation of a pumped EDF section in a fiber Raman amplifier (FRA) employing a dispersion compensating fiber is demonstrated to provide superior performance than a sole FRA system. The hybrid amplifier is characterized in terms of single channel gain and noise figure, and the results of measurements are shown to be in close agreement with the simulated results. Polarization-dependent gain (PDG) and multi-channel measured and simulated gain characterization of the Raman/EDFA hybrid amplifier are also presented.     

An improved calculation method for fiber Raman amplifier equations with multi-wavelength pumping

A novel numerical method for fiber Raman amplifier(FRA)from standard propagation equations is presented and derived based on the one-step method for ordinary differential equation(ODE).The proposed algorithm is effective in solving FRA equations including all the interactions among pumps,signals,and noises.Applications of the numerical analysis to practical FRA-based systems show a great reduction in computation time in comparison with the average power method and the fourth-order Runge-Kutta(RK)method,under the same condition.Also the proposed method can decrease the computing time over three orders of magnitude with excellent accuracy promises in comparison with the direct integration method.     

高功率纳秒光脉冲在单模光纤中的受激喇曼散射及抑制研究

利用包含喇曼增益、抽运消耗、自相位调制、交叉相位调制和群速度色散效应的耦合非线性薛定谔方程组,对千瓦级高功率纳秒脉冲在单模光纤中的传输特性进行了模拟计算.分析了输入脉冲和斯托克斯脉冲的演化过程,研究了大模面积光纤对受激喇曼散射的抑制作用.研究结果表明,采用模面积为530 μm~2的光子晶体光纤作为惯性约束聚变脉冲整形系统的传输介质,能有效抑制受激拉曼散射,不但信号衰减较小,而且中心凹陷程度较低.     

Generation of a compact high-power high-efficiency normal-dispersion pumping supercontinuum in silica photonic crystal fiber pumped with a 1064-nm picosecond pulse

Broadband normal dispersion pumping supercontinuum （SC） generation in silica photonic crystal fiber （PCF） is investigated in this paper. A 1064-nm picosecond fiber laser is used to pump silica PCF for the SC generation. The length of PCF is optimized for the most efficient stimulated Raman scattering process in the picosecond pump pulse region. The first stimulated Raman Stokes peak is located in the anomalous dispersion regime of the PCF and near the zero dispersion wavelength; thus the SC generation process can benefit from both a normal dispersion pumping scheme and an anomalous dispersion pumping scheme. The 51.7-W SC spanning from about 700 nm to beyond 1700 nm is generated with an all-fiber configuration, and the pump-to-SC conversion efficiency is up to 90%. In order to avoid the output fiber end face damage and increase the stability of the system, an improved output solution for the high power SC is proposed in our experiment. This high-efficiency near-infrared SC source is very suitable for applications in which average output power and spectral power density are firstly desirable.     

宽带喇曼/EDFA混合放大器的优化设计

采用改进的模拟退火算法对Raman/EDFA混合放大器的增益谱进行了优化，根据EDFA及Raman的功率传播方程获得了简洁的目标函数.通过对模拟退火算法几个优化环节的改进，使其能够更快速地应用于Raman/EDFA的多峰值问题的优化设计，可以在短时间内获得最优的放大器参量.计算结果表明选择合适的喇曼抽运波长和抽运功率，仅用4个反向抽运的分布式喇曼放大器加C波段的EDFA就可以获得C+L波段约70 nm的带宽、开关增益达到15 dB、最大增益波动小于1.2 dB的平坦增益谱，而且无需额外的平坦滤波器.     

分布式反向抽运光纤拉曼放大器的功率转换效率分析

为了对反向抽运光纤拉曼放大器的功率转换效率进行研究,由耦合方程出发,采用龙格库塔算法和打靶法相结合的数值模拟方法,详细分析所有物理因素对反向抽运光纤拉曼放大器功率转换效率的影响。结果表明:功率转换效率先随着光纤长度增加而增加,当增加到最大值时保持数值不变;功率转换效率随着初始信号光功率、光纤拉曼增益系数、信号光损耗系数增加而增加,随着光纤有效面积、抽运光损耗系数、抽运光与信号光的频率比增加而减小;功率转换效率和初始抽运光功率呈抛物线曲线关系。所得结论对反向抽运光纤拉曼放大器功率转换效率的进一步研究以及光纤拉曼放大器的其他相关研究有重要参考意义。     

光子晶体光纤及在光纤光栅中的应用

从光子晶体光纤(PCF)与普通光纤在光纤结构上的差异出发，简要分析PCF的导光原理与单模特性，并探讨基于PCF的光纤光栅的稳定性，基于聚合物填充多孔光纤的长周期光纤光栅的温度调谐性能，以及纯结构性非光敏纤芯长周期光子晶体光纤光栅的原理。从一个方面说明了光子晶体光纤的潜在应用。